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离子氮化和真空PVD镀层组合的应用

时间:2019-10-18? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击:
  在加工塑料和弹性体材料时,采用离子氮化和硬质PVD涂层的组合工艺处理方法可有效遏制磨损、冷焊、腐蚀和材料堆积等问题。该组合工艺除了提高表面硬度和抗化学能力外,还可优化强度和韧性等性能。
  关键参数包括材料的选择、等离子热处理工艺类型及涂层种类。等离子热处理工艺温度较低,工艺处理过程中工件的尺寸和韧性等变化很小,因此材料的选择范围很广。涂层的工艺温度可低至180°C。因此渗碳和PVD硬质膜涂层组合工艺也可是一种选择。除了传统硬质膜涂层外,W-C:H类的干式润滑薄膜可应用于低摩擦领域。
  等离子渗氮及PVD涂层组合工艺在大型零件上的应用如今已实现产业化。
  进行塑料加工时如何避免磨损、腐蚀以及材料堆积问题是关键。因此,在具体应用中,表层、加工面及模具表面三者之间必须合理匹配。在等离子渗氮处理后沉积合适的硬质膜是一种有效的方法。等离子辅助化学热处理层及涂层的组合应用在有效改善产品性能的同时还可降低单位成本。
  同时,采用有效方式对应用于塑料加工领域的工具表面进行改性也已经变得越来越普遍。而成功的关键在于是否对工具及其表面特性有正确的理解。例如:金属疲劳现象的防止要从最初阶段对材料和相关热处理工艺的选择开始。而塑料加工应用中机械设备及模具制造状况会直接影响到塑料材料与工具表面的化学反应状况。
  等离子渗氮是一种十分有效的生成界面膜层的热处理方式。辉光放电等离子体中氮扩散进入膜层中从而增强工件表面硬度。工艺过程中待处理工件为阴极,通入氢气及氮气的混合气体,在数百伏特及50-500Pa压力下对阳极施偏压。阴极势降中,由于基体表面温度高达450°C以上,氮离子获得加速并撞击基体表面从而氮元素渗入工具内部。通过这种方式可形成含铁或铬、钼、铝及镁等的氮化物化合层及扩散层。其表面硬度可达1000HV甚至更高。通常工件表面主要为被称之为白层的铁氮化合物。氮含量可以根据应用需要进行调节甚至完全抑制以便为后续的硬质材料涂层创造更好的表面条件。生成的扩散层从工件表面至核心几十毫米深度其硬度降低非常平缓。
  在工业化沉积硬质膜方面,电弧蒸发工艺因为其简单便捷而占据着非常重要的地位。工艺过程中,涂层金属因为所产生的电弧在表面边界快速移动而获得蒸发、电离,在工件底盘通负偏压情况下,金属离子加速撞击到工件上。电弧蒸发工艺单纯采用物理方法使金属蒸发,而不包括任何中介挥发性化合物,因此是一种典型的PVD(物理气相沉积)工艺。通过添加含氮或含碳气体,可形成氮化物和碳化物金属薄膜。薄膜具有非常高的微硬度(TiN约2500HV、CrN约2100HV、TiCN约3000HV、AlTiN约2800HV)、低摩擦性能和很好的化学惰性。通常当工艺温度在180°C以上时,可以获得高质量的涂层。因此PVD工艺也可适用于渗碳钢。氮化和涂层技术的特点使对总体长度达4米的工件进行组合处理成为可能。同时还可组合处理直径1.5米、长度2米的大组件。

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